RU2672121C2 - Method and system for controlling tuning factor due to sensor replacement for closed-loop controller in artificial pancreas - Google Patents
Method and system for controlling tuning factor due to sensor replacement for closed-loop controller in artificial pancreas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672121C2 RU2672121C2 RU2016115709A RU2016115709A RU2672121C2 RU 2672121 C2 RU2672121 C2 RU 2672121C2 RU 2016115709 A RU2016115709 A RU 2016115709A RU 2016115709 A RU2016115709 A RU 2016115709A RU 2672121 C2 RU2672121 C2 RU 2672121C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glucose
- tuning
- insulin
- factor
- controller
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 title description 6
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 187
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 152
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 152
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 claims abstract description 94
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 claims abstract description 93
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 claims abstract description 93
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000001802 infusion Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 27
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 claims abstract description 24
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 20
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 20
- 230000001667 episodic effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 22
- 230000006870 function Effects 0.000 description 18
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 13
- 230000002641 glycemic effect Effects 0.000 description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 7
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 7
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 7
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 210000002237 B-cell of pancreatic islet Anatomy 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 206010067584 Type 1 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 4
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 4
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 230000002218 hypoglycaemic effect Effects 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 3
- 208000013016 Hypoglycemia Diseases 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000007920 subcutaneous administration Methods 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 description 2
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 235000021074 carbohydrate intake Nutrition 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 description 2
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 description 2
- 201000001421 hyperglycemia Diseases 0.000 description 2
- 238000000126 in silico method Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 208000005156 Dehydration Diseases 0.000 description 1
- 208000002230 Diabetic coma Diseases 0.000 description 1
- 102000051325 Glucagon Human genes 0.000 description 1
- 108060003199 Glucagon Proteins 0.000 description 1
- 101000976075 Homo sapiens Insulin Proteins 0.000 description 1
- 206010070070 Hypoinsulinaemia Diseases 0.000 description 1
- 206010022489 Insulin Resistance Diseases 0.000 description 1
- 206010023379 Ketoacidosis Diseases 0.000 description 1
- 208000007976 Ketosis Diseases 0.000 description 1
- 125000002066 L-histidyl group Chemical group [H]N1C([H])=NC(C([H])([H])[C@](C(=O)[*])([H])N([H])[H])=C1[H] 0.000 description 1
- 208000028389 Nerve injury Diseases 0.000 description 1
- 206010057430 Retinal injury Diseases 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003181 biological factor Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001851 biosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009534 blood test Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000001684 chronic effect Effects 0.000 description 1
- 208000020832 chronic kidney disease Diseases 0.000 description 1
- 208000022831 chronic renal failure syndrome Diseases 0.000 description 1
- 238000001297 coherence probe microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000011340 continuous therapy Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000081 effect on glucose Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 235000012631 food intake Nutrition 0.000 description 1
- 230000037406 food intake Effects 0.000 description 1
- MASNOZXLGMXCHN-ZLPAWPGGSA-N glucagon Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(O)=O)C(C)C)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)NC(=O)[C@H](CCCCN)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](CC=1C=CC=CC=1)NC(=O)[C@@H](NC(=O)CNC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@@H](N)CC=1NC=NC=1)[C@@H](C)O)[C@@H](C)O)C1=CC=CC=C1 MASNOZXLGMXCHN-ZLPAWPGGSA-N 0.000 description 1
- 229960004666 glucagon Drugs 0.000 description 1
- 229960001031 glucose Drugs 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000001794 hormone therapy Methods 0.000 description 1
- 230000003345 hyperglycaemic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035860 hypoinsulinemia Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- PBGKTOXHQIOBKM-FHFVDXKLSA-N insulin (human) Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H]1CSSC[C@H]2C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@H](C(N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)N[C@@H](CSSC[C@H](NC(=O)[C@H](C(C)C)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CC=3C=CC(O)=CC=3)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)[C@H](C(C)C)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CC=3NC=NC=3)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)CNC1=O)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(O)=O)=O)CSSC[C@@H](C(N2)=O)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)[C@H](C(C)C)NC(=O)[C@@H](NC(=O)CN)[C@@H](C)CC)[C@@H](C)CC)[C@@H](C)O)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC(N)=O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)C1=CN=CN1 PBGKTOXHQIOBKM-FHFVDXKLSA-N 0.000 description 1
- 229940127560 insulin pen Drugs 0.000 description 1
- 230000002608 insulinlike Effects 0.000 description 1
- 238000007912 intraperitoneal administration Methods 0.000 description 1
- 238000011542 limb amputation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 208000030159 metabolic disease Diseases 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008764 nerve damage Effects 0.000 description 1
- 230000001019 normoglycemic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000474 nursing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000813 peptide hormone Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000007929 subcutaneous injection Substances 0.000 description 1
- 238000010254 subcutaneous injection Methods 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
- A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
- A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
- A61M5/172—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic
- A61M5/1723—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic using feedback of body parameters, e.g. blood-sugar, pressure
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
- A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
- A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
- A61M5/14244—Pressure infusion, e.g. using pumps adapted to be carried by the patient, e.g. portable on the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
- A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
- A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
- A61M5/172—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic
- A61M5/1723—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic using feedback of body parameters, e.g. blood-sugar, pressure
- A61M2005/1726—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic using feedback of body parameters, e.g. blood-sugar, pressure the body parameters being measured at, or proximate to, the infusion site
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/35—Communication
- A61M2205/3546—Range
- A61M2205/3553—Range remote, e.g. between patient's home and doctor's office
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/35—Communication
- A61M2205/3546—Range
- A61M2205/3561—Range local, e.g. within room or hospital
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/35—Communication
- A61M2205/3576—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver
- A61M2205/3584—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver using modem, internet or bluetooth
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/35—Communication
- A61M2205/3576—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver
- A61M2205/3592—Communication with non implanted data transmission devices, e.g. using external transmitter or receiver using telemetric means, e.g. radio or optical transmission
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/70—General characteristics of the apparatus with testing or calibration facilities
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2209/00—Ancillary equipment
- A61M2209/01—Remote controllers for specific apparatus
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2230/00—Measuring parameters of the user
- A61M2230/20—Blood composition characteristics
- A61M2230/201—Glucose concentration
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Hematology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Diabetes (AREA)
- Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Сахарный диабет - хроническое метаболическое расстройство, вызванное неспособностью организма вырабатывать достаточное количество гормона инсулина, что приводит к снижению способности организма усваивать глюкозу. Такая неспособность ведет к гипергликемии, т.е. избыточному содержанию глюкозы в плазме крови. Устойчивая гипергликемия и/или гипоинсулинемия связаны с различными серьезными симптомами и долговременными, угрожающими жизни осложнениями, такими как обезвоживание, кетоацидоз, диабетическая кома, сердечно-сосудистые заболевания, хроническая почечная недостаточность, повреждение сетчатки и повреждение нервов с риском ампутации конечностей. Поскольку восстановить выработку эндогенного инсулина пока невозможно, необходима постоянная терапия для обеспечения непрерывного контроля гликемии, чтобы концентрация глюкозы в крови всегда оставалась в пределах нормы. Такой контроль гликемии достигается путем регулярного введения в организм пациента инсулина извне с целью снижения повышенной глюкозы.Diabetes mellitus is a chronic metabolic disorder caused by the inability of the body to produce enough insulin hormone, which leads to a decrease in the body's ability to absorb glucose. Such inability leads to hyperglycemia, i.e. excess glucose in plasma. Persistent hyperglycemia and / or hypoinsulinemia are associated with various serious symptoms and long-term, life-threatening complications, such as dehydration, ketoacidosis, diabetic coma, cardiovascular disease, chronic renal failure, retinal damage and nerve damage with the risk of limb amputation. Since it is not yet possible to restore the production of endogenous insulin, continuous therapy is necessary to ensure continuous glycemic control so that the concentration of glucose in the blood always remains within normal limits. This glycemic control is achieved by regularly introducing insulin from the outside into the patient's body in order to reduce high glucose.
Экзогенные биологические препараты, такие как инсулин, обычно назначаются в виде смеси быстродействующих лекарственных средств и препаратов с промежуточной длительностью действия, вводимой посредством многократных ежедневных подкожных инъекций с помощью шприца. Обнаружено, что достижимая таким способом степень контроля гликемии ниже оптимальной, так как подобная доставка препарата отличается от физиологической выработки гормона, когда гормон поступает в кровь с меньшей скоростью и на протяжении более длительного времени. Улучшить контроль гликемии возможно с помощью, так называемой, интенсивной гормональной терапии, основанной на многократных ежедневных инъекциях, включающих в себя одну или две инъекции гормона длительного действия в сутки для создания базальной концентрации гормона и дополнительные инъекции быстродействующего гормона перед каждым приемом пищи в количестве, пропорциональном размеру порции пищи. Хотя инсулиновые шприцы-ручки, по меньшей мере, частично заменили традиционные шприцы, частые инъекции очень неудобны для пациентов, особенно тех, кто не в состоянии делать себе инъекции надлежащим образом.Exogenous biological products, such as insulin, are usually prescribed as a mixture of fast-acting drugs and drugs with an intermediate duration of action, administered by repeated daily subcutaneous injections with a syringe. It was found that the degree of glycemia control achievable in this way is lower than optimal, since such drug delivery differs from the physiological production of the hormone when the hormone enters the bloodstream at a slower rate and over a longer time. It is possible to improve glycemic control with the help of so-called intensive hormone therapy, based on repeated daily injections, which include one or two injections of a long-acting hormone per day to create a basal concentration of the hormone and additional injections of the fast-acting hormone before each meal in an amount proportional to Serving Size Although insulin pen syringes have at least partially replaced traditional syringes, frequent injections are very uncomfortable for patients, especially those who are not able to inject themselves properly.
Разработка устройства для доставки лекарственных средств значительно улучшила лечение диабета, избавив пациента от необходимости многократных ежедневных инъекций с помощью шприцев или шприц-ручек. Устройство для доставки лекарственных средств позволяет вводить лекарственное средство способом, более близким к естественным физиологическим процессам, и для улучшения контроля гликемии у пациента может регулироваться в соответствии со стандартными или индивидуальными протоколами.The development of a drug delivery device has significantly improved the treatment of diabetes, eliminating the need for multiple daily injections with syringes or syringe pens. The device for drug delivery allows you to enter the drug in a manner closer to the natural physiological processes, and to improve glycemic control in a patient can be regulated in accordance with standard or individual protocols.
Кроме того, устройства для доставки лекарств позволяют вводить лекарственные средства непосредственно во внутрибрюшинное пространство или внутривенно. Устройства доставки лекарственных средств могут быть сконструированы в виде имплантируемых устройств для установки под кожу или в виде внешних устройств с инфузионной системой для подкожных инфузий посредством чрескожного катетера, канюли или трансдермального транспорта лекарственного средства, например через пластырь. Внешние устройства для подачи лекарственных средств размещаются поверх одежды, прячутся под одежду или внутри нее либо размещаются на поверхности тела и обычно управляются с помощью встроенного пользовательского интерфейса или отдельного устройства для дистанционного управления.In addition, drug delivery devices allow the administration of drugs directly into the intraperitoneal space or intravenously. Drug delivery devices can be designed as implantable devices for placement under the skin or as external devices with an infusion system for subcutaneous infusion by means of a transdermal catheter, cannula or transdermal drug transport, for example, through a patch. External drug dispensers are placed on top of clothing, hidden under or inside clothing, or placed on the surface of the body and are usually controlled using the built-in user interface or a separate remote control device.
Для достижения приемлемого контроля гликемии необходимо периодическое измерение концентрации глюкозы в крови или тканевой жидкости. Например, доставка соответствующего количества инсулина с помощью устройства для доставки лекарственных средств требует от пациента регулярного определения концентрации глюкозы в его крови и ручного ввода этого значения с помощью пользовательского интерфейса для внешних насосов, который затем рассчитывает требуемое изменение протокола введения инсулина по умолчанию или текущего протокола, т.е. дозировки и времени введения, и взаимодействует с устройством для доставки лекарственного средства с целью регулировки его работы соответствующим образом. Для определения концентрации глюкозы в крови обычно используются устройства для эпизодического измерения, например ручные электронные анализаторы, использующие тест-полоски для анализа крови ферментативным методом и вычисляющие концентрацию глюкозы на основании ферментативной реакции.To achieve acceptable glycemic control, periodic measurement of the concentration of glucose in the blood or tissue fluid is necessary. For example, delivering the appropriate amount of insulin using a drug delivery device requires the patient to regularly determine the concentration of glucose in his blood and manually enter this value using the user interface for external pumps, which then calculates the required change in the default insulin administration protocol or the current protocol, those. dosage and time of administration, and interacts with a device for drug delivery in order to adjust its operation accordingly. Occasional measuring devices, such as hand-held electronic analyzers using enzyme-linked blood test strips and calculating glucose concentration based on an enzymatic reaction, are typically used to determine blood glucose concentrations in the blood.
На протяжении последних 20 лет также используется непрерывный контроль глюкозы в сочетании с устройствами для доставки лекарственных средств, что позволяет управлять инфузией больным диабетом инсулина с помощью механизма обратной связи. Для обеспечения возможности контроля инфузии инсулина применяются пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) контроллеры с математической моделью взаимодействий между глюкозой и инсулином у человека. ПИД-контроллеры можно настраивать на основании простых правил метаболических моделей. Однако если конфигурировать или настроить ПИД-контроллеры на агрессивную регулировку концентрации глюкозы в крови у пациента, то может произойти передозировка, превышающая установленный уровень, за которой часто следуют колебания, крайне нежелательные в контексте регуляции концентрации глюкозы в крови. Были исследованы альтернативные контроллеры. Установлено, что контроллер с прогнозирующей моделью (КПМ), применяющийся в нефтехимической промышленности и характеризующийся значительными временными задержками и системными откликами, наиболее подходит для регулировки сложных взаимоотношений между инсулином, глюкагоном и глюкозой в крови. Показано, что КПМ более устойчив, чем ПИД, так как КПМ учитывает эффекты изменений в ближайшем будущем и ограничения при определении выхода КПМ, в то время как ПИД обычно учитывает только предыдущие выходы при определении будущих изменений. В КПМ могут использоваться ограничения, например, таким образом, чтобы КПМ предотвращал выход системы из-под контроля, когда предел уже достигнут. Другим преимуществом КПМ является то, что модель в КПМ может в некоторых случаях теоретически компенсировать динамические изменения системы, в то время как при регулировке по принципу обратной связи, такой как ПИД-контроль, подобная динамическая компенсация невозможна.Over the past 20 years, continuous glucose control has also been used in combination with drug delivery devices, which allows you to control the infusion of patients with insulin diabetes using a feedback mechanism. To provide the ability to control insulin infusion, proportional-integral-differential (PID) controllers are used with a mathematical model of the interaction between glucose and insulin in humans. PID controllers can be configured based on simple metabolic model rules. However, if you configure or tune PID controllers to aggressively adjust the patient’s blood glucose concentration, an overdose may occur that exceeds the set level, often followed by fluctuations that are highly undesirable in the context of regulating blood glucose concentration. Alternative controllers have been investigated. It is established that a controller with a predictive model (KPM), used in the petrochemical industry and characterized by significant time delays and system responses, is most suitable for adjusting the complex relationship between insulin, glucagon and glucose in the blood. It is shown that KPM is more stable than PID, since KPM takes into account the effects of changes in the near future and restrictions when determining the KPM output, while PID usually takes into account only previous outputs when determining future changes. Restrictions can be used in the KPM, for example, so that the KPM prevents the system from getting out of control when the limit has already been reached. Another advantage of KPM is that the model in KPM can theoretically compensate for dynamic changes in the system in some cases, while when adjusting by the feedback principle, such as PID control, such dynamic compensation is not possible.
Таким образом, КПМ можно рассматривать как сочетание регулирования по принципу обратной связи и опережающего регулирования. Однако КПМ обычно требует метаболической модели, как можно точнее имитирующей взаимоотношения между инсулином и глюкозой в биологической системе. Таким образом, из-за индивидуальных биологических различий процесс разработки и уточнения КПМ все еще продолжается в настоящее время. В качестве обзорной информации по КПМ, имеющей отношение к деталям КПМ, в следующих документах показаны и описаны варианты КПМ и математические модели, представляющие сложные взаимодействия между глюкозой и инсулином:Thus, KPM can be considered as a combination of regulation on the basis of feedback and advanced regulation. However, KPM usually requires a metabolic model that imitates as closely as possible the relationship between insulin and glucose in the biological system. Thus, due to individual biological differences, the process of developing and refining KPMs is still ongoing. As an overview of KPM, relevant to the details of KPM, the following documents show and describe KPM options and mathematical models representing the complex interactions between glucose and insulin:
Патент США № 7 060 059;U.S. Patent No. 7,060,059;
заявки на патент США № 2011/0313680 и 2011/0257627;US patent application No. 2011/0313680 and 2011/0257627;
Международная публикация WO 2012/051344;International publication WO 2012/051344;
Percival et al., «Closed-Loop Control and Advisory Mode Evaluation of an Artificial Pancreatic β Cell: Use of Proportional-Integral-Derivative Equivalent Model-Based Controllers» Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 2, Issue 4, July 2008.Percival et al., “Closed-Loop Control and Advisory Mode Evaluation of an Artificial Pancreatic β Cell: Use of Proportional-Integral-Derivative Equivalent Model-Based Controllers” Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 2,
Paola Soru et al.., «MPC Based Artificial Pancreas; Strategies for Individualization and Meal Compensation» Annual Reviews in Control 36, p.118-128 (2012),Paola Soru et al .., “ MPC Based Artificial Pancreas; Strategies for Individualization and Meal Compensation ” Annual Reviews in
Cobelli et al., «Artificial Pancreas: Past, Present, Future» Diabetes Vol. 60, Nov. 2011;Cobelli et al., “Artificial Pancreas: Past, Present, Future” Diabetes Vol. 60, Nov. 2011;
Magni et al., «Run-to-Run Tuning of Model Predictive Control for Type 1 Diabetes Subjects: In Silico Trial» Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 3, Issue 5, September 2009;Magni et al., “ Run-to-Run Tuning of Model Predictive Control for Type 1 Diabetes Subjects: In Silico Trial” Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 3, Issue 5, September 2009;
Lee et al., «A Closed-Loop Artificial Pancreas Using Model Predictive Control and a Sliding Meal Size Estimator» Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 3, Issue 5, September 2009;Lee et al., “A Closed-Loop Artificial Pancreas Using Model Predictive Control and a Sliding Meal Size Estimator” Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 3, Issue 5, September 2009;
Lee et al., «A Closed-Loop Artificial Pancreas based on MPC: Human Friendly Identification and Automatic Meal Disturbance Rejection» Proceedings of the 17th World Congress, The International Federation of Automatic Control, Seoul Korea July 6-11, 2008;Lee et al., “A Closed-Loop Artificial Pancreas based on MPC: Human Friendly Identification and Automatic Meal Disturbance Rejection” Proceedings of the 17th World Congress, The International Federation of Automatic Control, Seoul Korea July 6-11, 2008;
Magni et al., «Model Predictive Control of Type 1 Diabetes: An in Silico Trial» Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 1, Issue 6, November 2007;Magni et al., “Model Predictive Control of Type 1 Diabetes: An in Silico Trial” Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 1, Issue 6, November 2007;
Wang et al., «Automatic Bolus and Adaptive Basal Algorithm for the Artificial Pancreatic β-Cell» Diabetes Technology and Therapeutics, Vol. 12, No. 11, 2010; иWang et al. , "Automatic Bolus and Adaptive Basal Algorithm for the Artificial Pancreatic β-Cell" Diabetes Technology and Therapeutics, Vol. 12, No. 11, 2010; and
Percival et al., «Closed-Loop Control of an Artificial Pancreatic β-Cell Using Multi-Parametric Model Predictive Control» Diabetes Research 2008.Percival et al ., “Closed-Loop Control of an Artificial Pancreatic β-Cell Using Multi-Parametric Model Predictive Control,” Diabetes Research 2008.
Все статьи или документы, процитированные в этой заявке, включены в нее во всей своей полноте посредством ссылок.All articles or documents cited in this application are incorporated herein in their entirety by reference.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Авторы заявки разработали методику, позволяющую настраивать прогнозируемую модель контроля таким образом, чтобы неточности, присущие датчику глюкозы для непрерывного измерения, можно было качественно компенсировать в контроллере с прогнозирующей моделью, который используется в микроконтроллере настоящей системы. В частности, способ используется для контроля инфузионного насоса при помощи микроконтроллера, предназначенного для управления насосом и получения данных, по меньшей мере, от одного датчика глюкозы. Способ может быть реализован путем: измерения концентрации глюкозы у пациента при помощи датчика глюкозы для обеспечения проведения, по меньшей мере, одного измерения глюкозы за каждый временной интервал из серии индексированных дискретных временных интервалов (k); определения того, был ли датчик глюкозы заменен новым датчиком глюкозы в пределах заданного временного интервала; если ответ на стадии определения «да», установки коэффициента настройки (R) для контроллера с прогнозирующей моделью в микроконтроллере на завышенное значение, в противном случае, если ответ на стадии определения «нет», поддержания текущего значения коэффициента настройки (R) для контроллера; вычисления количества инсулина для доставки при помощи микроконтроллера на основе контроллера с прогнозирующей моделью, в котором используется коэффициент настройки (R), чтобы вычислить количество инсулина для введения пациенту на протяжении одного или более дискретных временных интервалов; и введения количества инсулина, определенного на стадии вычисления, путем активации насоса при помощи микроконтроллера.The authors of the application developed a technique that allows you to configure the predicted control model so that the inaccuracies inherent in the glucose sensor for continuous measurement can be qualitatively compensated in the controller with the predictive model that is used in the microcontroller of this system. In particular, the method is used to control an infusion pump using a microcontroller designed to control the pump and obtain data from at least one glucose sensor. The method can be implemented by: measuring a patient’s glucose concentration using a glucose sensor to provide at least one glucose measurement for each time interval from a series of indexed discrete time intervals (k); determining whether the glucose sensor has been replaced by a new glucose sensor within a predetermined time interval; if the answer at the stage of determining “yes”, setting the tuning factor (R) for the controller with the predictive model in the microcontroller to an overestimated value, otherwise, if the answer at the stage of determining “no”, maintaining the current value of the tuning coefficient (R) for the controller; calculating the amount of insulin for delivery using a microcontroller based on a controller with a predictive model that uses a tuning factor (R) to calculate the amount of insulin for administration to the patient over one or more discrete time intervals; and introducing the amount of insulin determined in the calculation step by activating the pump using a microcontroller.
В еще одном аспекте предлагается система контроля диабета, которая содержит глюкометр для эпизодического измерения, глюкометр для непрерывного измерения и соединенный с контроллером инфузионный насос. Глюкометр для эпизодического измерения выполнен с возможностью определения концентрации глюкозы в крови пациента через дискретные и неоднородные временные интервалы и представления подобной эпизодической концентрации глюкозы в крови в виде калибровки. Глюкометр для непрерывного измерения настроен для постоянного измерения уровня глюкозы у пациента через дискретные и, как правило, равномерные временные интервалы и представления концентрации глюкозы для каждого интервала в виде данных измерения глюкозы. Инфузионный инсулиновый насос настроен для доставки инсулина. Микроконтроллер связан с насосом, глюкометром и глюкометром непрерывного измерения. В частности, контроллер устанавливает коэффициент настройки (R) на завышенное значение для заданного временного интервала после того, как глюкометр для непрерывного измерения будет заменен новым глюкометром для непрерывного измерения, благодаря чему контроллер определяет скорость доставки инсулина для каждого временного интервала в индексированном временном интервале (k) из прогнозируемой модели контроля на основании завышенного значения коэффициента настройки и дает команду насосу о доставке на определенной скорости доставки инсулина.In yet another aspect, a diabetes control system is provided that comprises a glucometer for occasional measurement, a glucometer for continuous measurement, and an infusion pump connected to the controller. The glucometer for occasional measurement is configured to determine the glucose concentration in the patient’s blood at discrete and non-uniform time intervals and to present a similar episodic concentration of glucose in the blood in the form of a calibration. The glucose meter for continuous measurement is configured to continuously measure the patient’s glucose level at discrete and usually even time intervals and represent glucose concentrations for each interval as glucose measurement data. The insulin infusion pump is configured to deliver insulin. The microcontroller is connected to a pump, a glucometer and a continuous meter. In particular, the controller sets the tuning factor (R) to an overestimated value for a given time interval after the glucometer for continuous measurement is replaced by a new glucometer for continuous measurement, so that the controller determines the speed of insulin delivery for each time interval in the indexed time interval (k ) from the predicted control model based on the overestimated value of the tuning factor and gives the pump a command to deliver at a certain speed of insu delivery ins.
В любом из описанных выше аспектов также можно использовать следующие элементы в комбинации с каждым из аспектов. Например, по меньшей мере один датчик глюкозы может включать в себя как датчик глюкозы для непрерывного измерения, так и глюкометр для эпизодического измерения; завышенный коэффициент настройки (R) может иметь значение приблизительно 500, а заданный временной интервал может составлять приблизительно 24 часа с момента замены датчика глюкозы новым датчиком глюкозы; агрессивный коэффициент настройки (R) может иметь значение приблизительно 10; агрессивный коэффициент настройки (R) может иметь значение приблизительно 1000; контроллер с прогнозирующей моделью имеет коэффициент взвешивания ошибки (Q), который связан с коэффициентом настройки (R), где:In any of the aspects described above, the following elements may also be used in combination with each of the aspects. For example, at least one glucose sensor may include both a glucose sensor for continuous measurement and a glucose meter for occasional measurement; an overestimated tuning factor (R) may have a value of approximately 500, and a predetermined time interval may be approximately 24 hours from the moment the glucose sensor is replaced with a new glucose sensor; an aggressive tuning factor (R) may have a value of approximately 10; an aggressive tuning factor (R) may have a value of approximately 1000; a controller with a predictive model has an error weighting factor (Q) that is related to a tuning factor (R), where:
Где R может включать коэффициент настройки;Where R may include a tuning factor;
Q может включать коэффициент взвешивания ошибки.Q may include an error weighting factor.
Эти и другие варианты осуществления, признаки и преимущества станут очевидны специалистам в данной области после изучения представленного ниже более подробного описания различных примеров осуществления настоящего изобретения в сочетании с сопроводительными рисунками, которые кратко описаны в начале заявки.These and other embodiments, features, and advantages will become apparent to those skilled in the art after studying the more detailed description below of various embodiments of the present invention in conjunction with the accompanying drawings, which are briefly described at the beginning of the application.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Сопроводительные фигуры, которые включены в настоящий документ и составляют неотъемлемую часть настоящего описания, иллюстрируют предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения и, вместе с приведенным выше общим описанием и представленным ниже подробным описанием, служат для разъяснения элементов изобретения (причем аналогичные элементы представлены под аналогичными номерами).The accompanying figures, which are included in this document and constitute an integral part of the present description, illustrate the currently preferred embodiments of the invention and, together with the above general description and the detailed description below, serve to explain the elements of the invention (moreover, similar elements are presented under similar numbers )
На фиг. 1 показана система, в которой контроллер насоса или датчик(и) глюкозы отделен от инфузионного насоса и датчика(ов) глюкозы и в которой контроллер можно подключить к сети с целью проведения контроля в реальном времени.In FIG. 1 shows a system in which the pump controller or glucose sensor (s) is separated from the infusion pump and the glucose sensor (s) and in which the controller can be connected to the network for real-time monitoring.
На фиг. 2А показан пример осуществления системы для лечения диабета в схематической форме.In FIG. 2A shows an exemplary embodiment of a system for treating diabetes in a schematic form.
На фиг. 2В показана кривая значений концентрации глюкозы для временного интервала 48 часов (или в контексте k=12 для каждого часа сигнала НКГ), где другие события, такие как потеря данных НКГ, замена датчика или калибровочные измерения, наложены на кривую значений концентрации глюкозы.In FIG. 2B shows a curve of glucose concentration values for a time interval of 48 hours (or in the context of k = 12 for each hour of a NKG signal), where other events, such as loss of NKG data, sensor replacement or calibration measurements, are superimposed on a curve of glucose values.
На фиг. 2С показан коэффициент настройки для временного интервала 48 часов (или в контексте k=12 временного интервала или индекса для каждого часа сигнала НКГ), причем значение коэффициента настройки R зависит от потери данных НКГ, замены датчика и калибровочного измерения.In FIG. 2C shows the tuning factor for a 48-hour time interval (or in the context of k = 12 time interval or index for each hour of the TAG signal), the setting factor R depending on the loss of TCH data, sensor replacement, and calibration measurement.
На фиг. 3 показана логика, применяющаяся в контроллере согласно фиг. 1 или 2А.In FIG. 3 shows the logic used in the controller of FIG. 1 or 2A.
ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Приведенное ниже подробное описание следует толковать со ссылкой на рисунки, на которых аналогичные элементы на разных рисунках пронумерованы идентично. Фигуры, не обязательно выполненные в масштабе, показывают выбранные варианты осуществления и не призваны ограничить объем настоящего изобретения. В подробном описании принципы изобретения показаны с помощью примеров, которые не имеют ограничительного характера. Настоящее описание, несомненно, позволит специалистам в данной области реализовать и применять изобретение, и в нем представлено несколько вариантов осуществления, адаптаций, вариаций, альтернатив и вариантов применения изобретения, включая те, которые в настоящее время считаются наилучшими вариантами реализации изобретения.The detailed description below should be interpreted with reference to the figures in which similar elements in different figures are numbered identically. The figures, not necessarily drawn to scale, show selected embodiments and are not intended to limit the scope of the present invention. In a detailed description, the principles of the invention are shown by way of examples, which are not restrictive. The present description will undoubtedly allow specialists in this field to realize and apply the invention, and it presents several embodiments, adaptations, variations, alternatives and applications of the invention, including those that are currently considered the best options for implementing the invention.
В настоящем документе термин «приблизительно» в отношении любых числовых значений или диапазонов указывает на подходящий допуск на размер, который позволяет части или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем документе. Кроме того, в настоящем документе термины «пациент», «оператор», «пользователь» и «субъект» относятся к любому субъекту-человеку или субъекту-животному и не предполагают ограничения применения систем или способов только у человека, хотя применение предмета изобретения у пациента-человека представляет собой предпочтительный вариант осуществления. Кроме того, термин «пользователь» включает в себя не только пациента, использующего инфузионную помпу для введения лекарственного средства, но и ответственных за него лиц (например, родителей или опекунов, сестринского персонала или работников, обеспечивающих уход за пациентом на дому). Термин «лекарственное средство» может включать в себя гормон, биологически активные материалы, фармацевтические препараты или другие химические вещества, вызывающие биологическую реакцию (например, гликемическую реакцию) в организме пользователя или пациента.As used herein, the term “approximately” with respect to any numerical values or ranges indicates a suitable dimensional tolerance that allows a part or a combination of components to perform the function provided for them in this document. In addition, in this document, the terms “patient”, “operator”, “user” and “subject” refer to any human subject or animal subject and do not imply a restriction on the use of systems or methods only in humans, although the patient uses the subject matter -man is a preferred embodiment. In addition, the term “user” includes not only the patient using the infusion pump to administer the drug, but also those responsible for it (for example, parents or guardians, nursing staff, or home care workers). The term “drug” can include a hormone, biologically active materials, pharmaceuticals, or other chemicals that cause a biological reaction (eg, glycemic reaction) in the body of a user or patient.
На фиг. 1 представлена система 100 доставки лекарственного средства в соответствии с примером осуществления, в котором используются принципы настоящего изобретения. Система доставки лекарственных средств 100 включает устройство доставки лекарственных средств 102 и удаленный контроллер 104. Устройство 102 подачи лекарственного средства соединено с инфузионным набором 106 посредством гибкой трубки 108.In FIG. 1 shows a
Устройство 102 подачи лекарственного средства выполнено с возможностью передачи данных на удаленный контроллер 104 и приема данных от него, например по радиочастотной связи 112. Устройство 102 доставки лекарственного средства также может функционировать как самостоятельное устройство со своим собственным встроенным микроконтроллером. В одном варианте осуществления устройство для доставки лекарственного средства 102 представляет собой устройство для инфузии инсулина, а удаленный контроллер 104 - ручной портативный контроллер. В таком варианте осуществления данные, переданные от устройства для доставки лекарственного средства 102 на удаленный контроллер 104, могут включать такую информацию, как, например, данные о доставке инсулина, информация о концентрации глюкозы в крови, базальной концентрации, болюсном введении, соотношении инсулина и углеводов или коэффициенте чувствительности к инсулину, в качестве нескольких примеров. Конфигурация микроконтроллера 104 включает КПМ-контроллер 10, запрограммированный таким образом, чтобы непрерывно получать результаты измерения глюкозы от датчика для непрерывного измерения концентрации глюкозы в крови 112. Данные, переданные от удаленного микроконтроллера 104 на устройство для доставки инсулина 102, могут включать результаты измерения глюкозы и базу данных о приеме пищи, чтобы устройство для доставки лекарственного средства 102 могло вычислить количество инсулина, которое должно быть доставлено устройством для доставки 102. Альтернативно удаленный микроконтроллер 104 может выполнять расчеты базальной дозы или болюсного введения и направлять результаты таких расчетов на устройство доставки лекарственного средства. В альтернативном варианте осуществления глюкометр 114 для эпизодического измерения может применяться отдельно или в сочетании с датчиком 112 НКГ, подавая данные на микроконтроллер 104 и/или устройство 102 доставки лекарственного средства. Альтернативно удаленный микроконтроллер 104 может быть скомбинирован с измерителем 114, образуя либо (а) интегрированное цельное устройство; либо (b) два отдельных устройства, которые могут присоединяться друг к другу с образованием интегрированного устройства. Каждое из устройств 102, 104 и 114 имеет соответствующий микроконтроллер (не показан для краткости), запрограммированный на выполнение различных функций.The
Устройство доставки лекарственных средств 102 также может быть сконфигурировано для двунаправленной беспроводной связи с удаленной станцией контроля состояния здоровья 116 через, например, беспроводную сеть связи 118. Удаленный контроллер 104 и удаленная станция 116 контроля могут быть сконфигурированы для двунаправленной проводной связи через, например, сеть связи на основе телефонной линии. Удаленная станция 116 контроля может применяться, например, для загрузки обновленного программного обеспечения на устройство 102 подачи лекарственного средства и для обработки информации от устройства 102 подачи лекарственного средства. Примеры удаленных станций 116 контроля могут включать без ограничений персональный или сетевой компьютер 126, сервер 128 с памятью для хранения, карманный персональный компьютер, другой мобильный телефон, базовую станцию контроля в больнице или специальную удаленную станцию клинического контроля.The
Устройство 102 для доставки лекарственного средства включает в себя компоненты для обработки электронного сигнала, в том числе центральный процессор и элементы памяти для хранения программ управления и операционных данных, радиочастотный модуль 116 для отправки и приема радиокоммуникационных сигналов (т. е. сообщений) на удаленный контроллер 104 или от него, дисплей для отображения рабочей информации для пользователя, множество навигационных кнопок, позволяющих пользователю вводить информацию, аккумулятор для подачи питания системы, предупреждения (визуальные, звуковые или тактильные) для обратной связи с пользователем, вибрационное устройство для обратной связи с пользователем, механизм доставки лекарственного средства (например, насос и приводной механизм) для вытеснения инсулина из инсулинового резервуара (например, патрона с инсулином) через боковое отверстие, к которому подключена инфузионная система 108/106, в тело пользователя. Пример устройства 102 для доставки лекарственного средства (или насоса 16) может быть представлен в форме модифицированного инсулинового насоса Animas Vibe, произведенного компанией Animas Corporation, г. Уэйн, шт. Пенсильвания, США.The
Уровни или концентрации глюкозы можно определять с применением датчика 112 НКГ. Датчик 112 для непрерывного контроля глюкозы использует технологию амперометрического электрохимического измерения для определения глюкозы с помощью трех электродов, функционально связанных с электроникой датчика и покрытых чувствительной мембраной и биоинтерфейсной мембраной, которые присоединены с помощью зажима.Glucose levels or concentrations can be determined using the 112 NCT sensor. The
Верхние концы электродов находятся в контакте с электролитной фазой (не показана), которая представляет собой свободно плавающую жидкую фазу, расположенную между чувствительной мембраной и электродами. Чувствительная мембрана может включать фермент (например, глюкооксидазу), который покрывает фазу электролита. В данном примере датчика предложен противоэлектрод для уравновешивания тока, генерируемого веществом при измерении на рабочем электроде. В случае датчика глюкозы на основе глюкооксидазы веществом, измеряемым на рабочем электроде, является H2O2. Ток, получаемый на рабочем электроде (и протекающий через схему к противоэлектроду), пропорционален диффузионному потоку H2O2, производимому путем электромеханического преобразования глюкозы в ферментативный побочный продукт. Соответственно, можно получить необработанный сигнал, который представляет концентрацию глюкозы в теле пациента и поэтому может быть использован для оценки содержательного значения глюкозы. Подробная информация о датчике и сопутствующих компонентах показана и описана в патенте США № 7276029, который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. В одном варианте осуществления может быть использован датчик непрерывного измерения глюкозы из системы Dexcom Seven® (производитель - компания Dexcom Inc.) с примерами осуществления, описанными в настоящем документе.The upper ends of the electrodes are in contact with the electrolyte phase (not shown), which is a free-floating liquid phase located between the sensitive membrane and the electrodes. The sensitive membrane may include an enzyme (e.g., glucose oxidase) that covers the electrolyte phase. In this example of a sensor, a counter electrode is proposed for balancing the current generated by a substance when measured on a working electrode. In the case of a glucose oxidase-based glucose sensor, the substance measured at the working electrode is H 2 O 2 . The current received at the working electrode (and flowing through the circuit to the counter electrode) is proportional to the diffusion flux of H 2 O 2 produced by the electromechanical conversion of glucose into an enzymatic by-product. Accordingly, an untreated signal can be obtained that represents the concentration of glucose in the patient’s body and therefore can be used to estimate the meaningful glucose value. Details of the sensor and related components are shown and described in US Pat. No. 7,276,029, which is incorporated herein by reference in its entirety. In one embodiment, a continuous glucose sensor from a Dexcom Seven® system (manufactured by Dexcom Inc.) may be used with the embodiments described herein.
В одном варианте осуществления могут также использоваться следующие компоненты в качестве системы для лечения диабета, созданной по типу искусственной поджелудочной железы: система регулировки концентрации глюкозы OneTouch Ping® производства компании Animas Corporation, включающая по меньшей мере инфузионный насос и датчик для эпизодического измерения глюкозы; и DexCom® G4 Platinum® CGM производства DexCom Corporation с интерфейсом для соединения этих компонентов и программирования с помощью MATLAB®language и дополнительным аппаратным обеспечением для соединения компонентов друг с другом; а также алгоритмы управления в форме КПМ, автоматически регулирующие скорость доставки инсулина на основании концентрации глюкозы у пациента, прошлых результатов измерения глюкозы, прогнозируемых будущих тенденций изменения концентрации глюкозы и специфической информации о пациенте.The following components may also be used as an artificial pancreatic diabetes treatment system in one embodiment: Animas Corporation's OneTouch Ping® glucose concentration control system comprising at least an infusion pump and an occasional glucose sensor; and DexCom® G4 Platinum® CGM manufactured by DexCom Corporation with an interface for connecting these components and programming using MATLAB® language and additional hardware for connecting components to each other; as well as KPM control algorithms that automatically adjust the speed of insulin delivery based on the patient’s glucose concentration, past glucose measurement results, predicted future trends in glucose concentration and specific patient information.
На фиг. 2А показана схема 200 системы 100 с фиг.1, запрограммированной с использованием разработанного заявителями решения, чтобы предотвратить снижение эффекта системы управления на основе обратной связи ниже желаемого. В частности, на фиг. 2А представлен КПМ, запрограммированный как модуль логического управления 10, использующийся в контроллере 104. Модуль логического управления 10 КПМ получает необходимую концентрацию глюкозы или диапазон концентрации глюкозы 12 (наряду с любой модификацией от фильтра обновления 28) так, чтобы быть способным поддерживать выходной сигнал (т.е. концентрацию глюкозы) пациента в необходимом диапазоне концентрации глюкозы.In FIG. 2A shows a
Как показано на фиг. 2А, первый выход 14 устройства 10 логического управления с активированным КПМ может быть управляющим сигналом для инсулинового насоса 16 на доставку желаемого количества инсулина 18 пациенту 20 через предварительно заданные временные интервалы, которые могут индексироваться каждые 5 минут при помощи индекса временных интервалов k. Второй выход в форме прогнозируемого значения концентрации глюкозы 15 может использоваться в управляющем соединении B. Датчик глюкозы 22 (или 112 на фиг. 1) измеряет концентрацию глюкозы у пациента 20, чтобы подать сигналы 24, отражающие фактическую или измеренную концентрацию глюкозы, на управляющее соединение B, которое учитывает различие между результатом измерения концентрации глюкозы 24 и прогнозами КПМ относительно этой измеренной концентрации глюкозы. На основании этого различия на фильтр обновлений 26 переменных состояний модели подается информация. Разница 26 служит параметром оценки (также фильтр обновлений 28) и позволяет оценить переменные состояния в модели, которые нельзя измерить непосредственно. Предпочтительно, когда фильтр обновлений 28 является рекурсивным фильтром в форме фильтра Кальмана с подстройкой параметров для модели. Выходной сигнал фильтра обновлений 28, или рекурсивного фильтра, передается на управляющее соединение A, выход которого используется КПМ в устройстве 10 логического управления для дальнейшего уточнения управляющего сигнала 14 к насосу 16 (или 102 на фиг. 1). Коэффициент настройки 34 используется с контроллером 10 КПМ для «настройки» контроллера при доставке инсулина. Для достижения этой цели для корректировки коэффициента настройки заявители разработали применение модуля 30 калибровочного индекса и модуля 32 пропуска данных. Модуль 30 калибровочного индекса выполнен с возможностью отслеживания количества калибровок измерения глюкозы, которое обычно проводится глюкометром для эпизодического измерения, такого как, например, тест-полоска для определения глюкозы в крови и система для измерения. Модуль 32 пропуска данных выполнен с возможностью отслеживания количества пропущенных измерений или данных, полученных от глюкометра 22 для непрерывного измерения глюкозы.As shown in FIG. 2A, the
Здесь необходимо привести краткий обзор упомянутого выше КПМ, в котором используется устройство 10 логического управления. Логика КПМ формулируется таким образом, чтобы она обеспечивала контроль концентрации глюкозы у пациента в пределах зоны безопасных значений глюкозы, причем нижняя граница концентрации глюкозы в крови в данной зоне составляет 80–100 мг/дл, а верхняя граница концентрации глюкозы в крови составляет 140–180 мг/дл; в дальнейшем этот алгоритм будет называться КПМ-зоной. В целом контроль желаемой зоны применяется к контролируемым системам, в которых отсутствует специфическое установленное значение, при этом цель контроллеров заключается в поддержании контролируемой переменной (КП), например значения глюкозы, в пределах установленной зоны. Контроль с целью поддержания в определенной зоне (т.е. нормогликемической зоне) очень хорошо подходит для искусственной поджелудочной железы по причине отсутствия установленного значения гликемии в естественных условиях. Кроме того, преимуществом метода контроля в определенной зоне является способность к ограничению срабатывания/активности насоса таким образом, что при сохранении концентрации глюкозы в пределах зоны дополнительной коррекции не предлагается.Here it is necessary to provide a brief overview of the aforementioned KPM, which uses the
В реальном времени правило, регулирующее скорость доставки инсулина I D при КПМ-зоне, вычисляется путем оптимизации в реальном времени, при этом в каждый момент времени получения выборки оценивается скорость доставки следующей дозы инсулина. Оптимизация в каждый момент времени получения выборки основывается на оценке метаболического состояния (концентрация глюкозы в плазме, подкожное введение инсулина), полученной из динамической модели, сохраненной в модуле 10.In real time, the rule that regulates the rate of delivery of insulin I D in the KPM zone is calculated by real-time optimization, and the speed of delivery of the next dose of insulin is estimated at each time the sample is received. Optimization at each time point of the sampling is based on the assessment of the metabolic state (plasma glucose concentration, subcutaneous administration of insulin) obtained from a dynamic model stored in
Устройство 10 логического управления КПМ включает в себя подробную модель динамики глюкозы-инсулина у человека при сахарном диабете I типа. Модель используется для прогнозирования будущих значений концентрации глюкозы и для вычисления будущих действий контроллера для приведения графика концентраций глюкозы в желаемый диапазон. КПМ в контроллерах могут программироваться как для дискретных, так и для непрерывных систем; контроллер устанавливается на дискретное время, при этом индекс дискретного времени (стадии) k относится к k му периоду дискретизации образца на протяжении непрерывного времени, где - это период отбора пробы. Программные ограничения гарантируют, что скорость доставки инсулина остается в пределах от минимального (например, нуль) до максимального значений. Затем вводится первая инфузия инсулина (вне соответствия шагам). На следующем шаге, на основании нового результата измерения глюкозы и последней скорости введения инсулина, процесс повторяется.The CPM
В связи с этим мы начинаем с исходной линейной модели различия, применяемой для КПМ-зоны:In this regard, we start with the initial linear model of differences used for the KPM zone:
где:Where:
k является индексом дискретного временного интервала, имеющим серию индексных счетчиков, где k=1, 2, 3...k is an index of a discrete time interval having a series of index counters, where k = 1, 2, 3 ...
G’ является измеренной концентрацией глюкозыG ’is a measured glucose concentration
IM является «инсулином, внесенным в схему введений», количество которого не было измерено;I M is “insulin in the schedule of administration”, the amount of which has not been measured;
I’D является доставленным инсулином или регулируемой переменной;I ' D is an insulin delivered or controlled variable;
и коэффициенты a 1 ~ 2,993; a 2 ~(-3,775); a 3 ~2,568; a 4 ~(-0,886); a 5 ~0,09776; b~(-1,5); c 1 ~1,665; c 2 ~(-0,693); d 1 ~0,01476; d 2 ~0,01306.and coefficients a 1 ~ 2.993; a 2 ~ (-3.775); a 3 ~ 2.568; a 4 ~ (-0.886); a 5 ~ 0.09776; b ~ (-1.5); c 1 ~ 1.665; c 2 ~ (-0.693); d 1 ~ 0.01476; d 2 ~ 0.01306.
При помощи одобренной FDA метаболической модели, известной специалистам в данной области, ур. (1) может быть упрощено до следующей линейной модели различия в ур. (2):Using an FDA-approved metabolic model known to those skilled in the art, ur. (1) can be simplified to the following linear model of differences in ur. (2):
(2)(2)
где:Where:
G' является переменной величиной отклонения (мг/дл) выхода концентрации глюкозы (G), т.е. G ' is a variable deviation (mg / dl) of glucose concentration output ( G ), i.e.
I D ’ является переменной величиной отклонения (Ед/ч) входа скорости инфузии инсулина (I D ), т.е. I D ' is a variable of the deviation (U / h) of the input of the insulin infusion rate ( I D ), i.e.
Прием пищи является входом потребления углеводов (граммы углеводов), Eating is the intake of carbohydrate intake (grams of carbohydrates),
I M является скоростью подкожной инфузии инсулина в соответствии со схемой введения (Ед/ч), I M is the rate of subcutaneous insulin infusion in accordance with the scheme of administration (U / h),
Прием пищи M является входом потребления углеводов в соответствии со схемой введения (граммы углеводов). Meal M is the intake of carbohydrate intake in accordance with the scheme of administration (grams of carbohydrates).
Динамическая модель в ур. (2) относится к влиянию скорости инфузии инсулина (I D ) и входа потребленных углеводов (Прием пищи) на концентрацию глюкозы в плазме. Эта модель представляет собой единичную среднюю модель для общей популяции субъектов. Модель и ее параметры фиксированы.Dynamic model in ur (2) refers to the effect of insulin infusion rate ( I D ) and the intake of carbohydrates consumed ( Meal ) on plasma glucose concentration. This model is a single average model for the general population of subjects. The model and its parameters are fixed.
Передаточные функции входов второго порядка, описанные в частях (b) и (c) в ур. (2), применяются для генерации искусственных сведений о вводах в памяти при использовании схемы КПМ-зоны для предотвращения передозировки инсулина и, следовательно, гипогликемии. Во избежание доставки чрезмерного количества инсулина при оценке любого последовательного введения инсулина необходимо учитывать инсулин, введенный в последний раз, в сравнении с длительностью действия инсулина. Однако линейная модель различия одного состояния с относительно низким порядком использует выход (гликемию) в качестве основного источника предыдущих вводов (инсулина) в памяти. В связи с несоответствием модели возможен шум или изменение чувствительности пациента к инсулину, что может привести к доставке недостаточного или избыточного количества инсулина. Этот эффект можно снизить добавлением двух дополнительных состояний (I M и Прием пищи M ) для внесенных в схему введений инсулина и приемов пищи с более длительной памятью об инсулине.Transfer functions of second-order inputs described in parts (b) and (c) in ur. (2), are used to generate artificial information about memory entries when using the KPM zone scheme to prevent insulin overdose and, therefore, hypoglycemia. In order to avoid the delivery of excessive amounts of insulin in assessing any sequential administration of insulin, it is necessary to take into account the last time insulin is compared with the duration of action of insulin. However, a linear model of distinguishing one state with a relatively low order uses output (glycemia) as the main source of previous inputs (insulin) in memory. Due to the mismatch of the model, noise or a change in the patient's sensitivity to insulin is possible, which can lead to the delivery of insufficient or excessive amounts of insulin. This effect can be reduced by adding two additional states (I M and Eating M) for insulin injections included in the scheme and meals with a long memory of insulin.
КПМ-зона применяется, когда специфическое установленное значение контролируемой переменной (КП) имеет низкую значимость по сравнению с зоной, задающейся верхней и нижней границами. Кроме того, в присутствии шума и несоответствия модели использование фиксированной установки не имеет практического значения. КПМ-зона была разработана в ходе исследований, проводимых в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре и Институте изучения диабета Сансума. Подробная информация о разработке методики КПМ-зоны представлена и описана в следующих источниках: Benyamin Grosman, Ph.D., Eyal Dassau, Ph.D., Howard C. Zisser, M.D., Lois Jovanovič, M.D., и Francis J. Doyle III, Ph.D. «Zone Model Predictive Control: A Strategy to Minimize Hyper and Hypoglycemic Events» Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 4, Issue 4, July 2010, и публикации заявки на патент США № 2011/0208156, принадлежащей Doyle et al., под названием «Systems, Devices, and Methods to Deliver Biological Factors or Drugs to a Subject», которая была опубликована 25 августа 2011 года и включена в настоящий документ посредством ссылки с копией в приложении. Дополнительная информация о КПМ-зоне показана и описана в публикации заявки на патент США № 20110208156, включенной в настоящий документ посредством ссылки с копией в приложении. Похожая разработка КПМ-зоны была представлена в работе Maciejowski JM., «Predictive Control with Constraints» Harlow, UK: Prentice-Hall, Pearson Education Limited, 2002. КПМ-зона вводится путем задания фиксированных верхней и нижней границ в качестве гибких ограничивающих значений, чтобы величины при оптимизации переключались между нулем и некоторыми окончательными значениями, когда предсказанные КП находятся внутри или вне желаемой зоны соответственно. Прогнозируемые разности обычно определяются как различие между КП, выходящей за пределы желаемой зоны, и ближайшей границей. КПМ-зона обычно делится на три разные зоны. Разрешенный диапазон является целью контроля и определяется верхней и нижней границами. Верхняя зона представляет нежелательные высокие прогнозируемые значения гликемии. Нижняя зона представляет нежелательные низкие прогнозируемые значения гликемии, что представляет зону гипогликемии или защитную область перед гипогликемией, которая считается нижней зоной предупреждения. КПМ-зона оптимизирует прогнозируемую гликемию путем манипуляций с действиями, направленными на контроль инсулина в ближайшем будущем, чтобы концентрация оставалась в разрешенной зоне, ограниченной указанными значениями.The KPM zone is used when the specific set value of the controlled variable (KP) has low significance compared to the zone defined by the upper and lower limits. In addition, in the presence of noise and model mismatch, the use of a fixed installation is not practical. The KPM zone was developed through research at the University of California, Santa Barbara and the Sansuma Diabetes Research Institute. Detailed information on the development of the KPM zone technique is presented and described in the following sources: Benyamin Grosman, Ph.D., Eyal Dassau, Ph.D., Howard C. Zisser, MD, Lois Jovanovič, MD, and Francis J. Doyle III, Ph.D. “ Zone Model Predictive Control: A Strategy to Minimize Hyper and Hypoglycemic Events ” Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 4,
Сущность КПМ-зоны заключается в целевой функциональной формулировке, которая содержит формулировку зоны. КПМ-зона, как и любые другие формы КПМ, прогнозирует будущие результаты с помощью подробной модели с использованием прошлых данных о вводах/выходах и будущих входных сигналов, которые нужно оптимизировать. Однако вместо приведения к специфическому фиксированному установленному значению попытки оптимизации направлены на поддержание или смещение прогнозируемых результатов в зону, заданную верхней и нижней границами. С помощью линейной модели различия прогнозируется динамика гликемии и проводится оптимизация, снижающая колебания гликемии в будущем за пределы зоны, определенной ограничениями и значениями, заданными в ее функции стоимости.The essence of the KPM zone lies in the target functional wording, which contains the wording of the zone. The KPM zone, like any other form of KPM, predicts future results using a detailed model using past I / O data and future input signals that need to be optimized. However, instead of leading to a specific fixed set value, optimization attempts are aimed at maintaining or shifting the predicted results into the zone defined by the upper and lower boundaries. Using the linear difference model, the dynamics of glycemia is predicted and optimization is carried out, which reduces future glycemic fluctuations outside the zone defined by the restrictions and values specified in its cost function.
Используемая в представленной работе целевая функция J КПМ-зоны обозначена следующим образом:The objective function J of the KPM zone used in the present work is designated as follows:
или применимо к нашей задаче:or applicable to our task:
гдеWhere
J является целевой функцией;J is the objective function;
Q является коэффициентом взвешивания для прогнозируемого значения глюкозы; Q is the weighting coefficient for the predicted glucose value;
R является коэффициентом настройки для предполагаемых будущих входов в рамках целевой функции; R is the tuning factor for estimated future inputs within the objective function;
f является прогнозирующей функцией (в ур. (2)); и f is a predictive function (in level (2)); and
вектор I D содержит набор доз инсулина для инфузии, предлагаемых в ближайшем будущем. Он является «регулируемой переменной», поскольку она корректируется в соответствии с поиском минимального значения J.vector I D contains a set of insulin doses for infusion, offered in the near future. It is a "controlled variable" because it is adjusted in accordance with the search for the minimum value of J.
G- зона является переменной, количественно выражающей отклонение спрогнозированных в модели будущего НКГ значений G от пределов конкретной гликемической зоны и определенной путем проведения следующих сравнений: The G- zone is a variable that quantitatively expresses the deviation of the G values predicted in the model of the future NCG from the limits of a specific glycemic zone and determined by the following comparisons:
где гликемическая зона ограничена верхним пределом G ZH и нижним пределом G ZL .where the glycemic zone is limited by the upper limit of G ZH and the lower limit of G ZL .
Таким образом, если все спрогнозированные значения глюкозы находятся в пределах зоны, то каждый элемент G зоны равен 0, вследствие чего функция J сведена к минимуму при базальном режиме I D для этого времени дня, т.е. для пациентов с текущей базальной скоростью инфузии инсулина используется алгоритм по умолчанию. С другой стороны, если любое из спрогнозированных значений глюкозы выходит за пределы зоны, то G -зона > 0, что оказывает влияние на целевую функцию. В этом случае предлагаемые в ближайшем будущем дозы инсулина для инфузии I D будут отличаться от базальных для предотвращения какого-либо отклонения G -зоны за пределы зоны, что также оказывает влияние на целевую функцию. Затем находят количественный баланс при помощи оптимизации, основанной на коэффициенте взвешивания R.Thus, if all the predicted glucose values are within the zone, then each element of the G zone is equal to 0, as a result of which the function J is minimized under the basal mode I D for this time of day, i.e. for patients with current basal insulin infusion rate, the default algorithm is used. On the other hand, if any of the predicted glucose values is outside the zone, then the G- zone is > 0, which affects the target function. In this case, the doses proposed in the near future insulin infusion I D will differ from basal to prevent any deviation G -zone of the zone, which also affects the objective function. A quantitative balance is then found using optimization based on the weighting coefficient R.
Для решения проблем с оптимизацией уравнений (2)–(5) используется имеющееся в продаже программное обеспечение (например, функция «fmincon.m» MATLAB). При использовании этой функции для каждой оптимизации используются следующие параметры:To solve problems with optimization of equations (2) - (5), commercially available software is used (for example, the “fmincon.m” MATLAB function). When using this function, the following parameters are used for each optimization:
o Начальное приближение для скорости доставки инсулина I D ’(0) является нулевым вектором , например, если M=5, то начальное приближение для каждой оптимизации составляет I D ’=[0 0 0 0 0]. Это означает, что начальное приближение эквивалентно базальной скорости.o The initial approximation for the rate of insulin delivery I D ' (0) is the zero vector for example, if M = 5, then the initial approximation for each optimization is I D '= [0 0 0 0 0]. This means that the initial approximation is equivalent to basal velocity.
o Максимальное количество допустимых оценок при помощи функции Max_f=100*M, где M является описанным ранее контрольным интервалом.o The maximum number of valid estimates using the function Max_f = 100 * M , where M is the control interval described earlier.
o Максимальное количество итераций Max_i=400, оно является фиксированным.o The maximum number of iterations Max_i = 400, it is fixed.
o Прекращение вычисления целевой функции происходит при значении Term_cost=1e-6, оно является фиксированным.o Termination of the calculation of the objective function occurs when the value Term_cost = 1e-6, it is fixed.
○ Прекращение вычисления отклонения Term_tol для регулируемых переменных I D ’ составляет 1e-6.○ The termination of the calculation of the deviation Term_tol for the controlled variables I D 'is 1e-6.
К регулируемым переменным (I D ’) применяются следующие жесткие ограничения:The following stringent restrictions apply to controlled variables ( I D '):
где базальный режим является базальной скоростью доставки, которая была установлена пациентом или его/ее врачом,where the basal regimen is the basal delivery rate that has been established by the patient or his / her physician,
ожидаемые значения находятся в диапазоне от приблизительно 0,6 до приблизительно 1,8 Ед/ч.expected values range from about 0.6 to about 1.8 U / h.
Хотя значения параметра контрольного интервала M и параметра предполагаемого интервала P значительно влияют на рабочие характеристики контроллера и в норме применяются для настройки контроллера на основе КПМ, они могут быть настроены эвристически на основании знаний системы. Правила настройки хорошо известны специалистам в данной области. В соответствии с этими правилами M и P могут принимать значения в следующих диапазонах:Although the values of the parameter of the control interval M and the parameter of the estimated interval P significantly affect the performance of the controller and are normally used to configure the controller based on the KPM, they can be configured heuristically based on the knowledge of the system. Setup rules are well known to those skilled in the art. In accordance with these rules, M and P can take values in the following ranges:
В предпочтительных вариантах осуществления мы использовали номинальные значения M=5 и P=108.In preferred embodiments, we used nominal values of M = 5 and P = 108.
Отношение коэффициента взвешивания ошибки выходной величины Q и весовой матрицы изменений входа или коэффициента настройки R может принимать значения в диапазоне:The ratio of the weighting coefficient of the error of the output quantity Q and the weight matrix of the input changes or the tuning factor R can take values in the range:
В предпочтительных вариантах осуществления мы можем использовать номинальное значение R/Q=500.In preferred embodiments, we can use a nominal value of R / Q = 500.
После включения и запуска контроллера 10 в микроконтроллере в устройстве 102 или 104 вычисления в реальном времени выполняются каждые 5 минут в соответствии с временем отбора проб для измерения датчиком глюкозы 22. Первый элемент I D доставляется пациенту в виде дозы инсулина при помощи инсулинового насоса 16, после истечения пяти минут станет доступно новое считывание в рамках НКГ и процесс повторяется. Следует заметить, что будущие действия контроллера имеют жесткие ограничения, обусловленные способностью инсулинового насоса к доставке инсулина на максимальной скорости или неспособностью к доставке отрицательных значений инсулина. Прочие детали, связанные с предметом, включая оценку состояния и другие КПМ, описаны здесь: Rachel Gillis et al., «Glucose Estimation and Prediction through Meal Responses Using Ambulatory Subject Data for Advisory Mode Model Predictive Control» Journal of Diabetes Science and Technology Vol. 1, Issue 6, Nov. 2007, и Youqing Wang et al., «Closed-Loop Control of Artificial Pancreatic β–Cell in Type 1 Diabetes Mellitus Using Model Predictive Iterative Learning Control» IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 57, No. 2, February 2010, которые полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки.After turning on and starting the
Известно, что параметр настройки или коэффициент настройки (обозначаемый в настоящем документе как «R») может оказывать значительное воздействие на качество контроля глюкозы. Параметр, известный среди прочих названий как фактор агрессивности, коэффициент усиления и т.д., определяет скорость ответа алгоритма на изменения концентрации глюкозы. При относительно завышенном значении R контроллер замедляет свою работу для регуляции дозы инсулина для инфузии (относительно базальной) в ответ на изменения концентрации глюкозы; с другой стороны, относительно агрессивное значение R приводит к тому, что контроллер быстро отвечает на изменения концентрации глюкозы. В принципе, агрессивный режим работы контроллера может привести к лучшему контролю глюкозы, если 1) имеющиеся измерения глюкозы точны и, более того, 2) прогнозирующая модель будущих изменений концентрации глюкозы точна. Если эти условия не соблюдены, безопаснее использовать контроллер с завышенными значениями коэффициента.It is known that a setting or a setting factor (referred to herein as “R”) can have a significant effect on glucose control quality. The parameter, known among other names as the aggressiveness factor, gain, etc., determines the response rate of the algorithm to changes in glucose concentration. With a relatively high R value, the controller slows down to regulate the insulin dose for infusion (relatively basal) in response to changes in glucose concentration; on the other hand, the relatively aggressive value of R causes the controller to respond quickly to changes in glucose concentration. In principle, an aggressive controller may lead to better glucose control if 1) the available glucose measurements are accurate and, moreover, 2) the predictive model of future changes in glucose concentration is accurate. If these conditions are not met, it is safer to use a controller with overestimated values of the coefficient.
Обсуждение коэффициента настройки R (упоминаемого здесь как 34) на фиг. 2А целесообразно на данном этапе. Если определение точности измерений глюкозы в режиме онлайн или точности прогнозов модели затруднительно, возможно, будет сложно понять, следует ли использовать в данных условиях фактор настройки 34 или R. Тем не менее при определенных обстоятельствах это возможно установить с высокой степенью уверенности, если непрерывный контроль глюкозы (НКГ) стал «менее точным» или «более точным» с количественной точки зрения.A discussion of tuning factor R (referred to here as 34) in FIG. 2A is appropriate at this stage. If it is difficult to determine the accuracy of online glucose measurements or the accuracy of model predictions, it may be difficult to determine whether to use factor 34 or R under these conditions. Nevertheless, under certain circumstances it can be established with a high degree of confidence if continuous glucose monitoring (NCT) has become “less accurate” or “more accurate” from a quantitative point of view.
Заявители считают разумным предположить, что НКГ может стать менее точным при анализе каждого следующего образца после калибровки и НКГ внезапно станет менее точным, когда не может сообщить результат измерения глюкозы. Потерянные или пропущенные измерения при НКГ могут быть связаны с неопределенными изменениями концентрации глюкозы (особенность алгоритма НКГ) или просто из-за проблем с передачей данных по радиочастотной связи. Аналогичным образом разумно предположить, что НКГ станет более точным после калибровки и восстановления сообщений со значениями глюкозы после пропуска одного считывания или более.Applicants consider it reasonable to assume that NKG may become less accurate when analyzing each subsequent sample after calibration, and NKG will suddenly become less accurate when it cannot report the result of glucose measurements. Lost or missed measurements with NKG may be due to uncertain changes in glucose concentration (a feature of the NKG algorithm) or simply because of problems with the transmission of data via radio frequency communication. Similarly, it is reasonable to assume that the NCH will become more accurate after calibrating and recovering messages with glucose values after missing one or more reads.
Затем авторы заявки обнаружили, что возможно использовать эти идеи для автоматической настройки контроллера, т.е. использовать завышенное значение R для фактора настройки, когда НКГ станет менее точным, и более агрессивное значение, когда НКГ станет более точным. В общем смысле это представлено ниже.Then, the authors of the application found that it is possible to use these ideas to automatically configure the controller, i.e. use an overestimated R value for the tuning factor when the NKG becomes less accurate, and a more aggressive value when the NKG becomes more accurate. In a general sense, this is presented below.
Пусть фактор агрессивности или фактор настройки R будет ограничен постоянными Rмин (для наиболее агрессивного режима работы контроллера) и Rмакс (для наименее агрессивного режима работы контроллера):Let the aggressiveness factor or tuning factor R be limited by the constant Rmin (for the most aggressive controller operation mode) and Rmax (for the least aggressive controller operation mode):
Rмин <= R <= Rмакс ур. (9)Rmin <= R <= Rmax ur. (9)
Пусть будут два номинальных приращения строго положительной величины: r 1 , относительно малое приращение, связанное с точностью НКГ в зависимости от времени проведения калибровки, и r 2 , большее приращение, связанное с точностью НКГ в зависимости от наличия пропущенных образцов.Let there be two nominal increments of a strictly positive value: r 1 , a relatively small increment associated with the accuracy of the NCT depending on the time of calibration, and r 2 , a larger increment associated with the accuracy of the NCT depending on the presence of missing samples.
Фактор настройки, использующийся при вычислении КПМ для текущего момента измерения, индексированного при помощи индекса k, является R(k), где R(k) автоматически обновляется для каждого образца на основании номинального значения R, R НOM , которое обычно должно отличаться у каждого пользователя:The tuning factor used in calculating the KPM for the current measurement moment, indexed by the index k, is R (k), where R (k) is automatically updated for each sample based on the nominal value of R, R HOM , which usually should be different for each user :
R(k)=R НОМ +r 1 *КАЛ(k)+r 2 *ПРОПУСК(k), ур. (10)R (k) = R NOM + r 1 * KAL (k) + r 2 * SKIP (k), ur. (10)
и R мин <= R(k) <= R макс ур. (11)and R min <= R (k) <= R max . (eleven)
КАЛ(k)=k - k кал - 6 для k - k кал >= 6 ур.(12) КАЛ(k)=k - k кал 2- 6 для k - k кал < 6 ур.(13)KAL (k) = k - k cal - 6 for k - k cal > = 6 level (12) KAL (k) = k - k cal 2 - 6 for k - k cal <6 level (13)
где: RНOM < RMAКС < 100* RНOM where: R HOM < R MAX < 100 * R HOM
RНOM/100 < RMИН < RНOM R HOM / 100 < R MIN < R HOM
(RMAКС - RMИН)/500 < r 1 < (RMAКС - RMИН)/50(R MAX - R MIN ) / 500 < r 1 < (R MAX - R MIN ) / 50
(RMAКС - RMИН)/50 < r 2 < (RMAКС - RMИН)/5(R MAX - R MIN ) / 50 < r 2 < (R MAX - R MIN ) / 5
КАЛ(k) является калибровочным индексом.KAL (k) is a calibration index.
Следует отметить, что RНOM может принимать значения от 0 до приблизительно 1000 (т.е. 0≤RНOM≤1000); хотя необходимо отметить, что данное значение и диапазон зависят от конкретной целевой функции в определенной используемой модели, и специалист в данной области должен быть способен к настройке соответствующего диапазона RНOM в зависимости от используемой модели. В примерах вариантов осуществления r 1 может принимать любое значение приблизительно от 1 до 50, а r 2 может принимать любое значение приблизительно от 10 до 1000, а предпочтительно приблизительно 500. Несмотря на то, что коэффициент настройки представлен как диапазон определенных числовых значений для вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, мы отмечаем, что каждая система должна использовать разные конфигурации коэффициента настройки, чтобы контролировать желаемый ответ контроллера (и насоса) при доставке инсулина. Следовательно, наше намерение заключается в том, чтобы не привязываться к какому-либо определенному числовому значению, и, таким образом, как описано в настоящем документе, коэффициент настройки может иметь любое значение от первого значения или интервала, при котором насос будет выдавать очень быстрый (или крайне агрессивный) ответ при доставке инсулина, до второго значения или интервала, при котором насос будет выдавать очень медленный (или завышенный) ответ при доставке инсулина.It should be noted that R HOM can take values from 0 to about 1000 (ie 0≤R HOM ≤1000); although it should be noted that this value and range depend on the specific objective function in the particular model used, and one skilled in the art should be able to configure the appropriate R HOM range depending on the model used. In exemplary embodiments, r 1 can take any value from about 1 to 50, and r 2 can take any value from about 10 to 1000, and preferably about 500. Although the tuning factor is presented as a range of certain numerical values for embodiments described in this document, we note that each system must use different configurations of the tuning factor in order to control the desired response of the controller (and pump) during insulin delivery. Therefore, our intention is to not be tied to any particular numerical value, and thus, as described herein, the tuning factor can be any value from the first value or interval at which the pump will output very fast ( or extremely aggressive) response when delivering insulin, to the second value or interval at which the pump will give a very slow (or overestimated) response when delivering insulin.
Индекс текущего образца обозначается как «k», где k кал является индексом образца, использованного при проведении последней калибровки НКГ при помощи подходящего контрольного анализатора глюкозы или глюкометра 114, и k кал2 является индексом образца, использованного при проведении предпоследней калибровки при помощи контрольного глюкометра 114. Таким образом, через 30 мин (например, 6 образцов) после калибровки при помощи контрольного глюкометра 114 модуль 32 калибровочного индекса, или КАЛ(k), равен нулю. После этого КАЛ увеличивается на один после каждого образца до того, как пройдет 30 минут после следующей калибровки. Такая корректировка коэффициента настройки R модуля 34 для случая k (т.е. R(k)) приводит к работе контроллера с чуть более завышенными значениями (т.е. большими значениями R в уравнении (4)) при каждом следующем измерении НКГ датчиком 112 для каждого индексированного временного интервала k вплоть до следующей калибровки. Наличие 30-минутного буферного периода непосредственно после калибровки, во время которого устройство 10 логического управления будет действовать с учетом относительно завышенных значений, приводит к возможному появлению значительных перепадов значений НКГ непосредственно после калибровок.The index of the current sample is denoted as “k”, where k cal is the index of the sample used in the last NCT calibration using a suitable glucose analyzer or
Подробное описание установки коэффициента настройки для определенных событий (например, пропадания сигнала или калибровки) можно найти в заявке на патент США № 13/708,032, поданной 7 декабря 2012 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку путем ссылки.A detailed description of the setting of the tuning factor for certain events (for example, signal loss or calibration) can be found in US patent application No. 13 / 708,032, filed December 7, 2012, the contents of which are fully incorporated into this application by reference.
Помимо установки коэффициента настройки для пропадания сигналов или калибровки НКГ мы также разработали стратегию, которая применяется при неточности датчика НКГ каждый раз, когда такой датчик изначально размещается (или заменяется другим датчиком) на коже пользователя.In addition to setting the tuning factor for signal loss or calibration of the NKG, we also developed a strategy that is applied when the NKG sensor is inaccurate each time such a sensor is initially placed (or replaced by another sensor) on the user's skin.
Напомним, что система на фиг. 2A предложена для лечения диабета у пациента. В этой системе используются следующие компоненты: глюкометр 29 для эпизодического измерения, датчик 22 для непрерывного измерения глюкозы, насос 16 и контроллер 10. Глюкометр 29 измеряет уровень глюкозы в крови пациента через дискретные неравномерные временные интервалы (например, каждые 4 часа) и представляет концентрацию глюкозы в крови, полученную при эпизодическом измерении, как калибровочный индекс 30 для каждого временного интервала в индексированном временном интервале (k, где интервал времени между k и k+1 составляет около 5 минут). Глюкометр для непрерывного измерения постоянно измеряет концентрацию глюкозы в крови пациента через дискретные и, как правило, равномерные временные интервалы (например, приблизительно каждые 30 секунд или каждую минуту) и представляет концентрацию глюкозы для каждого интервала в виде данных измерения глюкозы, в которых любой пропуск измерения глюкозы через любой интервал времени сохраняется в виде индекса пропуска 32. Инфузионный насос для инсулина управляется контроллером 10 для доставки инсулина пациенту 20. В настоящем документе значение термина «инсулин» не ограничивается пептидным гормоном, полученным из ткани животных, либо инсулином, созданным методом генной инженерии, биосинтетическим рекомбинантным человеческим инсулином, или его аналогами, но может включать другие лекарственные средства или биопрепараты, разработанные, чтобы имитировать инсулин или другие материалы, оказывающие подобное инсулину воздействие на организм человека. Контроллер 10 запрограммирован на выполнение соответствующей программы КПМ для управления насосом и связи с глюкометром для эпизодического измерения и глюкометром для непрерывного измерения. В данном аспекте контроллер определяет коэффициент настройки 34 на основании (a) калибровочного индекса 30, полученного при эпизодических измерениях глюкозы, и (b) индекса пропуска 32 для КПМ 10 таким образом, чтобы контроллер определял скорость доставки инсулина для каждого временного интервала в индексированном временном интервале (k) по контрольной прогнозирующей модели на основе (1) необходимой концентрации глюкозы 12, (2) концентрации глюкозы 24, измеренной глюкометром 22 в каждый интервал времени в индексированном интервале времени (k), и (3) коэффициента настройки 34. Тем не менее мы разработали систему так, чтобы в случае изменения или замены датчика НКГ (причем замена датчика может обнаруживаться насосом или подтверждаться пользователем при помощи тумблера) система устанавливала значение коэффициента настройки R на завышенное значение, например, на 500 для заданного временного интервала, например, для 8, 12, 24 часов, а также для более длинных или более коротких интервалов в зависимости от неточностей, присущих определенному используемому датчику НКГ.Recall that the system of FIG. 2A is proposed for treating diabetes in a patient. The following components are used in this system: a glucometer 29 for occasional measurement, a sensor 22 for continuous glucose measurement, a
Как видно на фиг. 2В и 2С, телеметрические выходы системы приводятся, чтобы продемонстрировать работу данной системы. На фиг. 2В выходной сигнал НКГ представлен за период 48 часов, в то время как выход коэффициента настройки за тот же период времени приводится на фиг. 2С после фиг. 2В. В случае «а» на фиг. 2В проводится калибровка, это означает, что в качественном отношении выходной сигнал от датчика НКГ можно рассматривать как более точный (благодаря калибровке при помощи датчика глюкозы для эпизодического измерения или тестовой полоски). Следовательно, в случае «b» на фиг. 2С КПМ (в микроконтроллере) может повысить агрессивность коэффициента настройки R (снизив его числовое значение до 50), и постепенно повышая агрессивность коэффициента R в течение последующих двух часов (от 12 до 14 часов). В случае «с» на фиг. 2В микроконтроллер обнаруживает при помощи индикатора или тумблера 36 (или это подтверждает пользователь), что датчик НКГ был изменен на новый датчик НКГ. Микроконтроллер, в соответствии с программой в варианте осуществления нашего изобретения, немедленно переключает значение коэффициента настройки на завышенное значение, чтобы, таким образом, доза инсулина была более высокой. И в течение заданного временного интервала от 14 часов до приблизительно 40 часов данный завышенный коэффициент настройки поддерживается в течение заданного времени (например, от 14 часов до приблизительно 40 часов), независимо от пропущенных сигналов от нового датчика НКГ. Используемая в настоящем документе фраза «завышенный коэффициент настройки» обозначает коэффициент настройки R для контроллера, который должен гарантировать, что скорость доставки дозы инсулина (относительно базальной в ответ на изменения концентрации глюкозы для предполагаемого применения) будет достаточно низкой и в пределах ограничений определенного применения системы, чтобы соответствовать требованиям к безопасности и нормативным требованиям для такого применения. Как неограничивающий пример, завышенный коэффициент настройки может иметь любое значение приблизительно от 500 до 1000. Однако должно быть ясно, что данный коэффициент настройки может иметь любое значение, используемое для того, чтобы влиять на ответ или «коэффициент усиления» определенной конфигурации системы, использующей контроллер с обратной связью (контроллер обратной связи, контроллер прогнозирования или гибридный контроллер), при условии, что специалисты в данной области будут считать такой коэффициент настройки безопасным или завышенным.As seen in FIG. 2B and 2C, the telemetry outputs of the system are provided to demonstrate the operation of this system. In FIG. 2B, the output of the NCH is presented for a period of 48 hours, while the output of the tuning factor for the same period of time is shown in FIG. 2C after FIG. 2B. In the case of “a” in FIG. 2B, calibration is carried out, which means that in a qualitative sense, the output signal from the NKG sensor can be considered more accurate (due to calibration using a glucose sensor for occasional measurement or a test strip). Therefore, in case “b” in FIG. 2C KPM (in the microcontroller) can increase the aggressiveness of the tuning factor R (reducing its numerical value to 50), and gradually increasing the aggressiveness of the coefficient R over the next two hours (from 12 to 14 hours). In the case of "c" in FIG. 2B, the microcontroller detects using an indicator or toggle switch 36 (or the user confirms this) that the NKG sensor has been changed to a new NKG sensor. The microcontroller, in accordance with the program in the embodiment of our invention, immediately switches the setting factor to an overestimated value, so that the dose of insulin is higher. And for a given time interval from 14 hours to about 40 hours, this overestimated tuning factor is maintained for a specified time (for example, from 14 hours to about 40 hours), regardless of the missing signals from the new NCT sensor. As used herein, the phrase “overshoot factor” refers to a controller coefficient R for the controller, which should ensure that the rate of delivery of the insulin dose (relatively basal in response to changes in glucose concentration for the intended use) is sufficiently low and within the limits of the particular application of the system, to comply with safety and regulatory requirements for such an application. As a non-limiting example, an overestimated gain can have any value from about 500 to 1000. However, it should be clear that this gain can have any value used to influence the response or “gain” of a particular configuration of a system using a controller with feedback (feedback controller, prediction controller or hybrid controller), provided that specialists in this field will consider this setting factor safe or yshennym.
Благодаря описанию, представленному в настоящем документе, заявители также заявили способ управления инфузионным насосом для управления инфузионным насосом при помощи контроллера, предназначенного для управления насосом и получения данных по меньшей мере от одного датчика глюкозы. Пример способа может быть описан со ссылкой на фиг. 3. Способ начинается с измерения концентрации глюкозы у пациента на этапе 302 при помощи датчика глюкозы (22 или 29) для обеспечения проведения, по меньшей мере, одного измерения глюкозы за каждый временной интервал из серии индексированных дискретных временных интервалов (k). На этапе 304 система запрашивает, имело ли место изменение датчика НКГ в пределах заданного временного интервала Х. Определение изменения датчика на этапе 304 может быть осуществлено путем проверки микроконтроллером журнала изменений датчика, индикатора изменений датчика или путем комбинаций одного или более сигналов, свидетельствующих об изменении датчика (например, сигналы, активируемые вручную пользователем). Если на этот запрос будет получен ответ «верно» или «да», тогда система проверяет на этапе 306, равняется ли нулю значение таймера обратного отсчета для заданного времени Х (или значение таймера прямого отсчета равняется заданному времени Х). Если ответ будет «не верно» (т.е. «нет»), тогда система переходит к этапу 308, где значение коэффициента настройки устанавливается на завышенное значение. На этапе 312 КПМ в микроконтроллере теперь определяет соответствующую дозу инсулина ID (из уравнений 2-5) в пределах зоны, учитывая целевую функцию J, на которую влияет коэффициент настройки R. На этапе 314 микроконтроллер активирует двигатель насоса в насосе 102 для доставки соответствующей дозы инсулина, вычисленной на этапе 312. На этапе 316 микроконтроллер возвращается к своей обычной работе.Due to the description provided herein, applicants have also claimed a method for controlling an infusion pump to control an infusion pump using a controller for controlling the pump and receiving data from at least one glucose sensor. An example of a method can be described with reference to FIG. 3. The method begins by measuring a patient’s glucose concentration in
С другой стороны, если на запрос на этапе 304 будет получен ответ «не верно» (т.е. «нет»), тогда система поддерживает текущее значение коэффициента настройки, установленное до изменения датчика. Альтернативно система может все равно вычислить соответствующий коэффициент настройки для рабочей нагрузки, как описано выше применительно к уравнениям 9-13.On the other hand, if the answer to the request at
Хотя настоящее изобретение было описано в контексте конкретных модификаций и иллюстрирующих фигур, лица, имеющие средний навык в данной области, определят, что изобретение не ограничивается описанными модификациями или фигурами. Например, контроллер с замкнутым контуром регулирования не обязательно должен быть контроллером КПМ, а может быть, при соответствующей модификации специалистами, ПИД контроллером, ПИД контроллером с управлением с внутренней моделью (УВМ), с модельно-алгоритмическим управлением (МАУ), как обсуждается в публикации Percival et al., «Closed-Loop Control and Advisory Mode Evaluation of an Artificial Pancreatic β Cell: Use of Proportional-Integral-Derivative Equivalent Model-Based Controllers» Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 2, Issue 4, July 2008. Кроме того, лицам, имеющим средний навык в данной области, будет очевидно, что в тех случаях, когда описанные выше способы и этапы указывают на наступление определенных событий в определенном порядке, этот порядок для некоторых этапов может быть изменен, и что такие изменения соответствуют возможным вариантам осуществления настоящего изобретения. Кроме того, по возможности определенные этапы можно выполнять одновременно в рамках параллельного процесса, а также выполнять последовательно, как описано выше. Таким образом, в той мере, в которой возможны вариации настоящего изобретения, которые соответствуют сущности описания или эквивалентны изобретениям, описанным в формуле изобретения, настоящий патент призван охватывать также и все такие вариации.Although the present invention has been described in the context of specific modifications and illustrative figures, persons with average skill in the art will recognize that the invention is not limited to the described modifications or figures. For example, a controller with a closed control loop does not have to be a KPM controller, and perhaps, with appropriate modifications by specialists, a PID controller, a PID controller with internal model control (UVM), and model-algorithmic control (UIA), as discussed in the publication Percival et al., “ Closed-Loop Control and Advisory Mode Evaluation of an Artificial Pancreatic β Cell: Use of Proportional-Integral-Derivative Equivalent Model-Based Controllers” Journal of Diabetes Science and Technology, Vol. 2,
Claims (39)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/046,880 | 2013-10-04 | ||
US14/046,880 US9474855B2 (en) | 2013-10-04 | 2013-10-04 | Method and system for controlling a tuning factor due to sensor replacement for closed-loop controller in an artificial pancreas |
PCT/US2014/056000 WO2015050699A1 (en) | 2013-10-04 | 2014-09-17 | Method and system for controlling a tuning factor due to sensor replacement for closed-loop controller in an artificial pancreas |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016115709A RU2016115709A (en) | 2017-11-10 |
RU2016115709A3 RU2016115709A3 (en) | 2018-04-04 |
RU2672121C2 true RU2672121C2 (en) | 2018-11-12 |
Family
ID=52777526
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016115709A RU2672121C2 (en) | 2013-10-04 | 2014-09-17 | Method and system for controlling tuning factor due to sensor replacement for closed-loop controller in artificial pancreas |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9474855B2 (en) |
EP (1) | EP3052161B1 (en) |
JP (1) | JP6495255B2 (en) |
KR (1) | KR20160067926A (en) |
CN (1) | CN105592873B (en) |
AU (1) | AU2014329978B2 (en) |
BR (1) | BR112016007230A2 (en) |
CA (1) | CA2926047C (en) |
ES (1) | ES2703796T3 (en) |
RU (1) | RU2672121C2 (en) |
TW (2) | TWI671094B (en) |
WO (1) | WO2015050699A1 (en) |
Families Citing this family (49)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9123077B2 (en) | 2003-10-07 | 2015-09-01 | Hospira, Inc. | Medication management system |
US8065161B2 (en) | 2003-11-13 | 2011-11-22 | Hospira, Inc. | System for maintaining drug information and communicating with medication delivery devices |
US20080091466A1 (en) | 2006-10-16 | 2008-04-17 | Hospira, Inc. | System and method for comparing and utilizing activity information and configuration information from multiple device management systems |
US7959598B2 (en) | 2008-08-20 | 2011-06-14 | Asante Solutions, Inc. | Infusion pump systems and methods |
US8271106B2 (en) | 2009-04-17 | 2012-09-18 | Hospira, Inc. | System and method for configuring a rule set for medical event management and responses |
ES2959510T3 (en) | 2011-10-21 | 2024-02-26 | Icu Medical Inc | Medical device update system |
US9641432B2 (en) | 2013-03-06 | 2017-05-02 | Icu Medical, Inc. | Medical device communication method |
US9561324B2 (en) | 2013-07-19 | 2017-02-07 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Infusion pump system and method |
AU2014312122A1 (en) | 2013-08-30 | 2016-04-07 | Icu Medical, Inc. | System and method of monitoring and managing a remote infusion regimen |
US9662436B2 (en) | 2013-09-20 | 2017-05-30 | Icu Medical, Inc. | Fail-safe drug infusion therapy system |
US10311972B2 (en) | 2013-11-11 | 2019-06-04 | Icu Medical, Inc. | Medical device system performance index |
WO2015077320A1 (en) | 2013-11-19 | 2015-05-28 | Hospira, Inc. | Infusion pump automation system and method |
US10569015B2 (en) | 2013-12-02 | 2020-02-25 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Infusion pump system and method |
JP6853669B2 (en) | 2014-04-30 | 2021-03-31 | アイシーユー・メディカル・インコーポレーテッド | Patient treatment system with conditional alert forwarding |
US9724470B2 (en) | 2014-06-16 | 2017-08-08 | Icu Medical, Inc. | System for monitoring and delivering medication to a patient and method of using the same to minimize the risks associated with automated therapy |
US9539383B2 (en) | 2014-09-15 | 2017-01-10 | Hospira, Inc. | System and method that matches delayed infusion auto-programs with manually entered infusion programs and analyzes differences therein |
US9878097B2 (en) | 2015-04-29 | 2018-01-30 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Operating an infusion pump system |
WO2016189417A1 (en) | 2015-05-26 | 2016-12-01 | Hospira, Inc. | Infusion pump system and method with multiple drug library editor source capability |
US10449294B1 (en) | 2016-01-05 | 2019-10-22 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Operating an infusion pump system |
AU2016385454B2 (en) | 2016-01-05 | 2021-12-16 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Operating multi-modal medicine delivery systems |
CA3011231C (en) | 2016-01-12 | 2024-04-23 | President And Fellows Of Harvard College | Predictive control model for the artificial pancreas using past predictions |
CA3009351A1 (en) | 2016-01-14 | 2017-07-20 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Adjusting insulin delivery rates |
US10610643B2 (en) | 2016-01-14 | 2020-04-07 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Occlusion resolution in medication delivery devices, systems, and methods |
USD830534S1 (en) * | 2016-01-22 | 2018-10-09 | Vicentra B.V. | Handset for portable patient infusion system |
EP3411109A4 (en) | 2016-02-05 | 2019-07-10 | Animas Corporation | Visualization and analysis tool for a drug delivery system |
WO2018009614A1 (en) | 2016-07-06 | 2018-01-11 | President And Fellows Of Harvard College | Event-triggered model predictive control for embedded artificial pancreas systems |
WO2018013842A1 (en) | 2016-07-14 | 2018-01-18 | Icu Medical, Inc. | Multi-communication path selection and security system for a medical device |
EP3485409A1 (en) * | 2016-07-15 | 2019-05-22 | Universität Bern | Estimation of insulin based on reinforcement learning |
US10583250B2 (en) | 2017-01-13 | 2020-03-10 | Bigfoot Biomedical, Inc. | System and method for adjusting insulin delivery |
US10610644B2 (en) | 2017-01-13 | 2020-04-07 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Insulin delivery methods, systems and devices |
US10758675B2 (en) | 2017-01-13 | 2020-09-01 | Bigfoot Biomedical, Inc. | System and method for adjusting insulin delivery |
US10500334B2 (en) | 2017-01-13 | 2019-12-10 | Bigfoot Biomedical, Inc. | System and method for adjusting insulin delivery |
US11033682B2 (en) | 2017-01-13 | 2021-06-15 | Bigfoot Biomedical, Inc. | Insulin delivery methods, systems and devices |
US10881792B2 (en) | 2017-01-13 | 2021-01-05 | Bigfoot Biomedical, Inc. | System and method for adjusting insulin delivery |
WO2018204568A1 (en) | 2017-05-05 | 2018-11-08 | Eli Lilly And Company | Closed loop control of physiological glucose |
EP3438858A1 (en) | 2017-08-02 | 2019-02-06 | Diabeloop | Closed-loop blood glucose control systems and methods |
KR102498120B1 (en) * | 2017-10-17 | 2023-02-09 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for correcting error of bio-information sensor, apparatus and method for estimating bio-information |
WO2019125932A1 (en) | 2017-12-21 | 2019-06-27 | Eli Lilly And Company | Closed loop control of physiological glucose |
US11304745B2 (en) * | 2017-12-28 | 2022-04-19 | Cilag Gmbh International | Surgical evacuation sensing and display |
AU2019223659B2 (en) * | 2018-02-23 | 2024-09-05 | F. Hoffmann-La Roche Ag | Dosing unit refilling scheduling |
WO2019246213A1 (en) * | 2018-06-19 | 2019-12-26 | President And Fellows Of Harvard College | Adaptive zone model predictive control with a glucose and velocity dependent dynamic cost function for an artificial pancreas |
WO2019246381A1 (en) | 2018-06-22 | 2019-12-26 | Eli Lilly And Company | Insulin and pramlintide delivery systems, methods, and devices |
CA3106519A1 (en) | 2018-07-17 | 2020-01-23 | Icu Medical, Inc. | Systems and methods for facilitating clinical messaging in a network environment |
US11139058B2 (en) | 2018-07-17 | 2021-10-05 | Icu Medical, Inc. | Reducing file transfer between cloud environment and infusion pumps |
US11152108B2 (en) | 2018-07-17 | 2021-10-19 | Icu Medical, Inc. | Passing authentication token to authorize access to rest calls via web sockets |
NZ771914A (en) | 2018-07-17 | 2023-04-28 | Icu Medical Inc | Updating infusion pump drug libraries and operational software in a networked environment |
EP3827337A4 (en) | 2018-07-26 | 2022-04-13 | ICU Medical, Inc. | Drug library management system |
US10692595B2 (en) | 2018-07-26 | 2020-06-23 | Icu Medical, Inc. | Drug library dynamic version management |
US11547800B2 (en) * | 2020-02-12 | 2023-01-10 | Insulet Corporation | User parameter dependent cost function for personalized reduction of hypoglycemia and/or hyperglycemia in a closed loop artificial pancreas system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080183060A1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-07-31 | Steil Garry M | Model predictive method and system for controlling and supervising insulin infusion |
US20090163855A1 (en) * | 2007-12-24 | 2009-06-25 | Medtronic Minimed, Inc. | Infusion system with adaptive user interface |
US20100057040A1 (en) * | 2008-08-31 | 2010-03-04 | Abbott Diabetes Care, Inc. | Robust Closed Loop Control And Methods |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7060059B2 (en) | 2002-10-11 | 2006-06-13 | Becton, Dickinson And Company | System and method for initiating and maintaining continuous, long-term control of a concentration of a substance in a patient using a feedback or model-based controller coupled to a single-needle or multi-needle intradermal (ID) delivery device |
US8060173B2 (en) | 2003-08-01 | 2011-11-15 | Dexcom, Inc. | System and methods for processing analyte sensor data |
US20080294024A1 (en) * | 2007-05-24 | 2008-11-27 | Cosentino Daniel L | Glucose meter system and monitor |
GB2466183A (en) | 2008-12-09 | 2010-06-16 | Cambridge Entpr Ltd | Closed loop diabetes management system |
GB2471066A (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-22 | Dna Electronics Ltd | A glucagon pump controller |
CA2789630C (en) | 2010-02-11 | 2016-12-13 | The Regents Of The University Of California | Systems, devices and methods to deliver biological factors or drugs to a subject |
CN102883656A (en) * | 2010-03-31 | 2013-01-16 | 安尼马斯公司 | Method and system to display analyte sensor data |
US20110313680A1 (en) | 2010-06-22 | 2011-12-22 | Doyle Iii Francis J | Health Monitoring System |
US9336353B2 (en) * | 2010-06-25 | 2016-05-10 | Dexcom, Inc. | Systems and methods for communicating sensor data between communication devices of a glucose monitoring system |
JP6062859B2 (en) | 2010-10-12 | 2017-01-18 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | Program, computer readable medium, drug delivery controller and method |
US9486578B2 (en) | 2012-12-07 | 2016-11-08 | Animas Corporation | Method and system for tuning a closed-loop controller for an artificial pancreas |
JP5675889B2 (en) * | 2013-05-08 | 2015-02-25 | メドトロニック ミニメド インコーポレイテッド | Closed loop device or semi-closed loop device for injecting insulin using sensor values |
-
2013
- 2013-10-04 US US14/046,880 patent/US9474855B2/en active Active
-
2014
- 2014-09-17 JP JP2016519884A patent/JP6495255B2/en active Active
- 2014-09-17 WO PCT/US2014/056000 patent/WO2015050699A1/en active Application Filing
- 2014-09-17 ES ES14850459T patent/ES2703796T3/en active Active
- 2014-09-17 RU RU2016115709A patent/RU2672121C2/en not_active IP Right Cessation
- 2014-09-17 KR KR1020167011801A patent/KR20160067926A/en not_active Application Discontinuation
- 2014-09-17 EP EP14850459.0A patent/EP3052161B1/en active Active
- 2014-09-17 CN CN201480054643.2A patent/CN105592873B/en active Active
- 2014-09-17 AU AU2014329978A patent/AU2014329978B2/en not_active Ceased
- 2014-09-17 CA CA2926047A patent/CA2926047C/en active Active
- 2014-09-17 BR BR112016007230A patent/BR112016007230A2/en not_active IP Right Cessation
- 2014-10-02 TW TW103134338A patent/TWI671094B/en not_active IP Right Cessation
- 2014-10-02 TW TW108118904A patent/TWI703997B/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080183060A1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-07-31 | Steil Garry M | Model predictive method and system for controlling and supervising insulin infusion |
US20090163855A1 (en) * | 2007-12-24 | 2009-06-25 | Medtronic Minimed, Inc. | Infusion system with adaptive user interface |
US20100057040A1 (en) * | 2008-08-31 | 2010-03-04 | Abbott Diabetes Care, Inc. | Robust Closed Loop Control And Methods |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
WO 2014/089282 A1, 12.06.2014, фиг.1-3. * |
фиг.1-3. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3052161B1 (en) | 2018-11-21 |
CA2926047C (en) | 2021-11-02 |
TW201936221A (en) | 2019-09-16 |
RU2016115709A3 (en) | 2018-04-04 |
EP3052161A1 (en) | 2016-08-10 |
JP6495255B2 (en) | 2019-04-03 |
US20150100038A1 (en) | 2015-04-09 |
JP2016536039A (en) | 2016-11-24 |
ES2703796T3 (en) | 2019-03-12 |
BR112016007230A2 (en) | 2017-08-01 |
TWI703997B (en) | 2020-09-11 |
AU2014329978B2 (en) | 2019-05-30 |
US9474855B2 (en) | 2016-10-25 |
CN105592873A (en) | 2016-05-18 |
KR20160067926A (en) | 2016-06-14 |
EP3052161A4 (en) | 2017-10-25 |
CN105592873B (en) | 2020-04-14 |
TWI671094B (en) | 2019-09-11 |
TW201526936A (en) | 2015-07-16 |
RU2016115709A (en) | 2017-11-10 |
AU2014329978A1 (en) | 2016-04-07 |
CA2926047A1 (en) | 2015-04-09 |
WO2015050699A1 (en) | 2015-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2672121C2 (en) | Method and system for controlling tuning factor due to sensor replacement for closed-loop controller in artificial pancreas | |
RU2652059C2 (en) | Method and system for tuning closed-loop controller for artificial pancreas | |
RU2641976C2 (en) | Method and system for processing of manual bolus dosing or introduction according to food intake in feedback controllers | |
RU2687572C1 (en) | Feedback after bolus dosing for treating diabetes | |
US9795737B2 (en) | Method and system for closed-loop control of an artificial pancreas | |
TW201503921A (en) | Method and system for a hybrid control-to-target and control-to-range model predictive control of an artificial pancreas |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200918 |